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    非織造布產品效能主要由原材料效能、成網工藝、加固及整理工藝三方面決定,而成網工藝方法及引數起著關鍵性作用,是生產線的關鍵工序。非織造布成網方法分為三大類:幹法成網法,聚合物擠出成網法,溼法成網法。非織造布生產一般採用化學纖維(或高聚物切片),生產速度快,纖維之間、纖維與機件間的接觸、摩擦作用激烈,且相互之間分離過程短,在通常條件下,容易引起靜電聚集,產生靜電現象。目前,非織造布企業對靜電的危害認識不夠,處理時帶有一定盲目性、經驗性。筆者在探討靜電產生機理的基礎上,提出靜電現象的判斷方法和防治措施,供同行參考。

    1 靜電產生機理

    1.1 靜電產生原因

    靜電是指在一定容積或一定表面上所產生的正負電荷因不能散逸而帶有一定電性的狀態。靜電現象是指靜電聚集到一定程度,透過帶電體運動時所表現的客觀特徵可被感觸、測量、觀察到的現象。非織造布生產過程中電荷積聚的場所主要是纖維或絲條表面,開松、分梳成網部件,導網件、輸送簾等部件表面。

    生產過程中電荷積聚主要由接觸和摩擦起電引起。接觸起電是由於兩種物體接觸時,因表面性質不同產生誘導取向和介面極化,形成表面雙電層排列而引起;或者由於功函式(或費米能級)不同導致接觸電位差,產生電場而致使電荷從功函式小的物質向功函式大的物質遷移,分離時物質必然帶電荷而引起。摩擦起電除了因功函式不同,極化產生雙電層而起電外,也有因電解和吸附離子,物質非對稱摩擦而導致的起電。

    1.2 影響影響產生的因素

    生產中,影響靜電產生的因素有材料本身的特性、外部條件兩大方面。材料本身的特性主要包括高聚物材料的結構、表面性質、電學性質、物理機械特性等。外部條件要指摩擦條件和環境條件等。

    1.2.1 材料本身的特性

    材料的結構:極性高聚物介電常數高功函式高,極易極化,分離時電荷回撤快,不易起靜電。高聚物材料結構緻密、結晶度、取向度高時,材料帶電後,電荷(或帶電粒子)回撤阻力大,容易起電。取向高的高聚物材料模量高,剛度大,纖維回彈性差,成網過程中受力後變形不易恢復,且高取向度的材料各向異性明顯,電荷回撤速度不一致,故極易起電。

    材料表面性質:纖維、機件的表面粗糙程度影響靜電的產生。表面粗糙則摩擦係數大,生產時摩擦作用強烈,且電荷趨向於積聚在粗糙表面的凸起點上,電荷沿物體表面散逸的可能性降低,易起靜電。反之,靜電荷散逸快,不易起點。材料表面形成連續的油膜或水膜時,既可降低摩擦係數又利於電荷散逸。

    纖維材料機械特性:主要指纖維的模量、彈性、抱合性。纖維模量大、彈性差、捲曲少、飽合效能差,在加工過程中,與機件的摩擦作用強,且纖維間容易分離,靜電荷散逸途徑和散逸時間減少,易產生靜電。材料的電學性質:纖維的比電阻大,導電性差,靜電荷易積聚而起電,反之,則導電性好。介電常數大,材料的貯電能力強,極大程度化,能電離的離子數目多,導電能力強。材料的介電常數主要受材料分子極性、纖維的聚集態結構、溫溼度及雜質等因素的影響:一般情況下,介電常數高的材料與介電常數低的材料接觸摩擦分離時,高的一方帶正電,而低的一方帶負電。功函式小的材料,電子(離子)容易逸出其表面。在兩物體接觸摩擦時,電子(離子)從功函式小的物質移向功函式大的物質,分離時,功函式大的物質表面帶負電,小的物質表面帶正電。接觸(或摩擦)時接觸面積大,功函式相差大,越接近接觸面,帶電粒子的電荷越少,則在兩物體接觸面上的轉移電荷越多,分離時,如果電荷無法逸散或回撤,容易產生靜電。

    1.2.2 外部條件

    摩擦條件:主要包括摩擦物件、摩擦作用的強弱程度、摩擦作用的時間等。摩擦物件不同,功函式或介電常數不同,由之引起的靜電荷極性不同。各摩擦物體間的接觸面積和相互作用力大小決定摩擦作用的強弱。摩擦係數特別是動摩擦係數大,纖維與機件的摩擦強烈。纖維越細,纖維比表面積大,摩擦面積也大,摩擦作用強烈。生產速度快,纖維之間、纖維與機件之間的接觸摩擦作用時間短,相互分離時間也短,故電荷洩漏時間短,易聚積產生靜電。

    環境條件:主要指環境溫溼度的影響。高溫時,高聚物材料中分子熱運動激烈,不易取向極化,且分離後電荷極易散逸,不易形成靜電聚積;低溫時,高聚物材料易極化,電荷散逸慢,易產生靜電積聚。空氣溫溼度大,可使纖維等材料吸溼增加,甚至吸溼膨脹使無定形區孔隙增大,產生的靜電荷易在表面和體內傳導、散逸;並利於靜電荷向空氣散逸或與空氣中帶電粒子中和。

    1.2.3 靜電產生的影響因素例項分析見表1。

    表1 靜電現象產生的影響因素例項分析

    因素 不產生靜電的條件 產生靜電的條件 原因分析

    纖維本身的影響 在溫溼度分別為25℃、RH65,某一特定梳理引數條件下,纖維為PET1.67dtex×38mm100%,單強4.9cN/dtex,捲曲數12個/25mm,含油率0.28%,能順利成網,纖網中成團纖維少。 溫溼度,梳理引數,纖維規格品種與前種纖維同。纖維單強4.8cN/dtex,捲曲數11個/25mm,含油率0.30%,纖維因靜電纏繞錫林等部件,難以正常成網。 不能正常成網的纖維因牽伸倍數大,取向度大,結晶度高,糙硬,彈性差。能正常成網的纖維取向度小,結晶度小,柔滑,彈性好。

    摩擦條件 PET1.56dtex70%,2.78dtex30%混紡,能正常成網,纖維分離度好。 PET1.56dtex100%純紡纖網中纖維因靜電而成團束狀。 摩擦作用的強弱影響靜電聚積和散逸。

    紡同種纖維,錫林速度在1 150-1 300m/min之間,同一輸出速度時,纖維分離好,無束團狀纖維。 紡同種纖維,錫林速度超過1 400m/min,同一輸出速度時,纖維成團束狀,纖網結構差。

    環境條件 紡同種纖維,環境溫溼度高於25℃,RH70,靜電粘連現象不發生。 紡同種纖維,環境溫溼度低於15℃,RH60%,纖網因靜電吸引粘連輸送簾,金屬導網板。 溫溼度對靜電產生和散逸有較大影響。

    同一條件下,纖維經噴油加溼後形成的纖網不被破壞。 不噴溼加油的纖維在一定條件下,形成的纖網因靜電吸引被導網件粘連破壞。

    2 靜電的危害與靜電現象判斷

    靜電對生產造成的危害主要有:靜電使纖維粘附纏繞於錫林等開松、分梳、成網部件,造成不能正常分梳和成網,以及纖維網粘附輸網簾,導網板,導網輥等部件,造成爛網不能輸送等現象。靜電排斥使纖維網中纖維聚整合團束狀,纖網因纖維成團束狀而使均勻度下降,在加工過程中易受拉伸而變形,也易產生飄網現象。

    靜電現象的危害與判斷方法見表2。

    表2 靜電的危害與判斷方法

    成網方法

    靜電產生原因

    靜電現象的判斷

    靜電危害

    幹法成網

    梳理成網

    a.開松機器。b.分梳部件。c.成網部件。d.輸網簾,導網板,金屬羅拉。

    a.棉箱不易下網,飛花多,纖維易粘連箱壁。b.易纏繞分梳錫林,工作輥上纖維成豎立狀。c.在道夫等成網件上纖維豎立,羅拉返花纏棉多,纖網結構鬆散,纖網抱合力差,有團狀不勻。d.飄網或纏輥。

    纖網結構差,均勻度差,影響穩定生產,薄型產品甚至影響產品的力學效能和平整度。

    氣流成網

    a.開松機器。b.分梳部件。c.成網部件。d.輸網簾,導網羅拉。

    a.b.c.同上。d.氣流成網中易產生飄花,纖網在成網簾上結構鬆散,纖網抱合力差,團束狀不勻明顯。

    聚合物擠出成網法

    紡絲成網

    a.成網簾。b.輸送簾,導網金屬羅拉。

    a.纖網結構鬆散(薄型網)。b.輸網時有粘簾、粘輥現象,纖網轉移不良,甚至造成爛網。

    纖網易拉伸變形,纖網不勻度差,穩定生產受影響。

    熔噴法

    輸送簾,導網金屬羅拉。

    同上b。

    影響穩定生產。

    注:在紡絲成網法中,靜電分絲法生產除利用靜電外,還要注意靜電的危害及消除,要注意因靜電引起的纏輥與其他原因產生的返花纏輥現象。

    3 靜電的防治措施

    3.1 纖維導電機理

    纖維在一定條件下具有一定的導電性,主要是因為纖維材料中存在著水分、雜質、低分子物質和一些不穩定的極性基團和原子,以及一些不能被牢固束縛在分子或原子上的電子,因而纖維材料中總存在一定的載流子(電子和離子),載流子在外界電場、溫度和壓力作用下增多,甚至呈幾何級數增長而具備導電性。纖維導電主要為離子導電。

    3.2 影響纖維導電性的因素

    3.2.1 影響導電離子數和遷移速率的因素:纖維中的電離子數直接取決於纖維中的含水、含雜量;隨著環境溫度的升高,電離粒子數增加,導電性變好;纖維的介電常數值大,電離能值小,纖維的導電性好。離子遷移速率隨溫度升高而加快。

    3.2.2 纖維結構的影響:纖維材料的相對分子質量大,端基數、遊離的分子少,則導電性差。纖維的結晶度和取向度增加,纖維中自由體積減少,且各向異性增加,使纖維導電性下降,導電的各向異性增大。纖維中雜質和空隙增加,有利於離子運動,便於水分子進入和極性分子在空隙表面留存,從而增加導電粒子,提高纖維的導電性。

    3.2.3 溫溼度的影響:提高溫溼度,提高纖維含水率可降低纖維的電阻率,從而提高導電效能。

    3.3 靜電的散逸途徑

    包括分子隧道效應,空氣傳導,纖維材料表面的傳導,向纖維材料內部擴散等4種。 3.4 消除靜電的措施

    消除靜電最根本的途徑就是要加快聚集電荷的散逸速度,減少靜電荷的半衰期,減少接觸摩擦面積和作用力,延長分離時間,增加電荷洩漏途徑。

    3.4.1 正確調節溫溼度。提高溫溼度,提高空氣中的水汽分壓,可降低纖維的電阻率提高纖維的導電率。一般情況下,生產環境溫度應不低於20℃,相對溼度應不低於 RH65%。溫度越低,RH值應越高,在溫度很低,調節RH值仍然不能消除靜電現象時,可給纖維和纖維網噴溼。

    3.4.2 合理選配纖維原料。幹法成網工藝可根據起電序列或功函式及介電常數的大小選配合適的纖維,使纖維之間帶異種電荷而中和。採用吸溼好與吸溼差的纖維進行混紡,可提高纖維整體吸溼率,降低電阻率,提高導電性。採用粗細長短及可紡性不一的纖維適當搭配,可增強纖網中纖維的抱合性,改善摩擦特性,減少靜電現象產生。裝置配置時,與纖維或纖網有接觸摩擦的機件應採用功函式(或費米能級)相差不太大的金屬材料或其它材料,以免加劇靜電的產生。特殊用途的產品如抗靜電產品,可混用抗靜電纖維。

    3.4.3 噴灑抗靜電油劑。抗靜電油劑的主要作用是增加纖維吸溼,在表面形成均勻的水、油膜,降低纖維的摩擦係數,中和靜電,使纖維柔滑。選擇油劑時應依據表面活性劑的HLB值及其效能和所使用的纖維種類及其後加工效能,選擇合適的油劑種類,做到既能抗靜電,不腐蝕裝置,又不影響產品後加工。抗靜電油劑的噴灑量和濃度,應根據纖維的種類規格、分梳引數、原纖維的含油率、摩擦係數等方面確定。噴灑時要做到勻而透。

    3.4.4 保持機件清潔。機件表面應儘量做到光、潔、淨,少粉粒、灰塵、雜質附著,加快靜電傳導。分梳部件的針布和隔距要做到“四快一準”。

    3.4.5 適當調整生產速度,減少摩擦作用程度,延長纖維纖網與機件的分離過程和分離時間,以利於靜電散逸。根據裝置的適用範圍選擇纖維品種規格,調節各種工藝引數。

    3.5 靜電現象的預防方法

    儘量保持原料的一致性,避免其效能出現較大波動;纖維原料進廠時應注意含油率、摩擦係數等指標及手感、外觀的波動和變化。防止生產中溫溼度大幅波動。生產時可配備空調或加溼器、加熱器等裝置。根據執行情況定時清刷裝置,選用高質量的關鍵器材。使用靜電荷檢測儀器檢測纖網帶電情況,及時調整生產引數,保證生產正常進行。制定符合自身生產特色的防靜電措施,並嚴格實施。

    4 結束語

    非織造布企業在採取其他措施提高成網質量的同時,也應採取措施消除和預防靜電的產生,從而全面提高產品品質,穩定生產。

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